JVM从零到一系列：01--JVM概述【初识JVM】

0x01.什么是JVM？

JVM（Java Virtual Machine）：Java虚拟机

虚拟机（Virtual Machine）：

• 虚拟机是一款软件，用来执行一系列虚拟的计算机指令。

• 虚拟机分为系统虚拟机和程序虚拟机。

  • 系统虚拟机是对物理计算机的仿真，提供一个可运行完整操作系统的平台。
  • 软件虚拟机是专门为执行单个计算机程序而设计的。

• 在虚拟机上运行的软件所拥有的资源都被限制于虚拟机提供的资源。

Java虚拟机：

• Java虚拟机是一台执行Java字节码的虚拟计算机。【就是二进制字节码的运行环境】
• 它拥有独立的运行机制，其运行的Java字节码不一定是Java编译的。
• 所有Java程序都运行在Java虚拟机的内部。
• JVM运行于操作系统之上，并没有与硬件有直接的交互。

0x02.JVM特性

JVM是一个跨语言的平台

• 对于字节码，是【一次编译，到处运行】。
• 对于JVM，只关心字节码， 并不关心是何种语言编译而成的字节码，任何语言，只要按照JVM字节码的规范去编译，都可以被JVM识别，并解释运行。
  

JVM强大之处：

• JVM的自动内存管理。
• JVM的自动垃圾回收机制。

0x03.JVM发展历史

• 2000年，JDK 1.3 发布，Java HotSpot Virtual Machine 正式发布，成为Java的默认虚拟机。
• 2002年，JDK 1.4 发布，Classic虚拟机退出历史舞台。
• 2006年，JDK 6 发布，Java开源并建立了 OpenJDK。HotSpot 虚拟机成为OpenJDK中默认的虚拟机。
• 2008年，Oracle 收购 BEA，得到 JRockit虚拟机。
• 2010年，Oracle 收购了Sun，获得了Java和HotSpot。
• 2011年，JDK 7 发布，正式启用了新的垃圾回收机制G1。
• 2014年，JDK 8 发布，整合了JRockit和HotSpot。
• 2017年，JDK 9 发布，将G1设置为默认的GC，替代了CMS。
• 2018年，JDK 11 发布，发布了革命性的ZGC。
• 2019年，JDK 12 发布，加入RedHat领导开发的 Shenandoah GC。

0x04.JVM的整体结构

0x05.JVM架构模型

• Java编译器输入的指令流基本上是一种基于栈的指令集结构。（由其跨平台性决定的）

• 基于栈式架构的特点：

  • 设计和实现更加简单，适用于资源受限的系统。
  • 使用零地址指令方式分配，指令集更小。（指令更多）
  • 不需要硬件支持，可移植性更好。

• 基于寄存器架构的特点：

  • 性能优秀，执行更高效。
  • 花费更少的指令去执行一项操作。
  • 指令集完全依赖硬件，可移植性差。

0x06.JVM的生命周期

虚拟机启动：

• Java虚拟机的启动是通过引导类加载器创建一个初始类来完成的，这个类是由虚拟机的具体实现指定的。

虚拟机的执行：

• 程序开始执行时，虚拟机运行。
• 程序结束时，虚拟机停止。
• 执行Java程序，真正意义上是在执行Java虚拟机的一个进程。
• 运行的Java虚拟机的目的：执行Java程序。

虚拟机的退出：

• 可能退出的情况：

  • 程序正常结束。
  • 程序执行过程中遇到异常或错误。
  • 操作系统出现错误。
  • 某一个线程调用Runtime或System类的exit方法，或Runtime类的halt方法，并且Java安全管理器也允许这次exit火灾halt操作。

0x07.JVM发展历程

Classic VM：

• 1996年JDK1.0的时候，SUN公司发布的Java虚拟机。
• 世界上第一款商用的Java虚拟机，于JDK1.4时被完全淘汰。
• 这款虚拟机只提供了解释器。解释器和编译器不能配合工作。
• 现在的hotspot内置了这款虚拟机。

Exact VM：

• 为了解决解释器和编译器不能配合工作的问题，SUN 在JDK1.2时提供的虚拟机。

• Exact Memory Management ：准确式内存管理。

  • 虚拟机可以知道内存中耨个位置的数据具体是什么类型。

• 此款虚拟机具备现代高性能虚拟机的雏形：

  • 热点探测。
  • 编译器和解释器混合工作模式。

• 最终被HotSpot替代。

HotSpot VM：

• HotSpot是JDK1.3时发布的，是其默认的虚拟机。

• 在服务器端，桌面端，嵌入式，都有应用。

• HotSpot指的是它的热点代码探测技术。

  • 通过计数器找到最具编译价值的代码，除法即时编译或栈上替换。
  • 通过解释器和编译器协同工作，在最优化的程序响应时间与最佳执行性能中取得平衡。

• 最有影响力的三大商用虚拟机之一。

JRockit VM：

• 专注服务器端应用。JRockit内部不包含解析器的实现，全都代码都靠即时编译器编译后执行。
• JRockit JVM被认为是世界上最快的JVM。
• JRockit提供全面的Java运行时解决方案的组合。
• 在JDK8中整合了HotSpot和JRockit，整合的方式是在HotSpot的基础上加入JRockit的优秀性能。
• 最有影响力的三大商用虚拟机之一。

J9（IBM）：

• IBM technology for Java Virtual Machine ，简称IT4J，也叫J9。
• 市场定位与HotSpot接近，在服务器端，桌面应用，嵌入式等多用途的VM。
• 广泛应用于IBM的各种Java产品。
• 最有影响力的三大商用虚拟机之一。

CDC/CLDC HotSpot（KVM）：

• 是Oracle在Java ME产品线上的虚拟机，另一款为Implementation VM。
• KVM是CLDC-HI的早期产品。
• KVM在更低端的设备上还有应用，比如智能控制器，传感器，老年手机，功能手机等。

Microsoft JVM：

• 只能在windows平台下运行。是当时windows下性能最好的Java VM。
• 1997年，微软因为败诉取消了windows中的VM。

Taobao JVM：

• AliJVM团队发布。
• 阿里基于OpenJDK开发了自己的定制版本AlibabaJDK，简称AJDK，是整个阿里Java体系的基石。
• TaobaoJVM是基于OpenJDK HotSpot VM 发布的国内第一个优化，深度定制且开源的高性能服务器版Java虚拟机。
• Taobao VM应用在阿里产品上性能高，硬件高度依赖intel的cpu，损失了兼容性，提高了性能。